(57)【要約】【課題】狭い空間に位置する発熱部品を冷却するのに適したヒートパイプの製造方法を提供する。【解決手段】金属管１の少なくとも一端部を吸熱部とするヒートパイプの製造方法において、前記金属管の吸熱部となる端部を縮径し、前記縮径部１ａを溶融し凝固させて閉塞し、前記閉塞部１ｂの先端部分を除去して金属管１の軸方向に対して略直角な平坦面１ｃ（外面）を形成し、少なくとも前記平坦面部分１ｄの内面にウイック２またはグルーブを設けるヒートパイプ１の製造方法。前記方法により製造した本発明のヒートパイプ３は金属管の吸熱部側端部の平坦面１ｃが吸熱面となるので、ホール状空間の底部などに位置する発熱体を容易に冷却できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管の少なくとも一端部を吸熱部とするヒートパイプの製造方法において、前記金属管の吸熱部となる端部を縮径し、前記縮径部を溶融し凝固させて閉塞し、前記閉塞部の先端部分を除去して金属管の軸方向に対して略直角な平坦面（外面）を形成し、少なくとも前記平坦面部分の内面にウイックまたはグルーブを設けることを特徴とするヒートパイプの製造方法。
【請求項２】
前記金属管の吸熱部となる端部をスピニング加工により縮径することを特徴とする請求項１記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項３】
前記金属管の縮径部を放電加熱またはプラズマ加熱により溶融することを特徴とする請求項１または２記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項４】
前記金属管の平坦面を切削または研削して平滑面に加工することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートパイプの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにより製造されたヒートパイプであって、前記ヒートパイプを構成する金属管の吸熱部となる端部の平坦面に発熱体が熱的に接続されることを特徴とするヒートパイプ。
【請求項６】
前記ヒートパイプの放熱部が縮径されており、前記縮径された放熱部に放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項５記載のヒートパイプ。
【請求項７】
請求項６記載のヒートパイプの複数が、その吸熱部側面を相互に密着または近接させて配列されていることを特徴とする放熱器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器内の半導体チップ、光モジュール、ＬＥＤなどの発熱部品を冷却するのに適したヒートパイプの製造方法、前記製造方法により製造されたヒートパイプ、前記ヒートパイプが用いられた放熱器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートパイプは、図６に示すように、金属管２２内に水（作動液）を真空封止したもので、その吸熱部２３が発熱体８により加熱されると水が蒸発し、そのときの潜熱で発熱体８が冷却される。水蒸気は放熱部２４で冷却され凝縮し水となって吸熱部２３に還流し再び加熱され蒸発する。ヒートパイプ２１内面に、微細孔を有するウイック２またはグルーブを設けると、水が毛管現象で迅速に還流するため、冷却効率の向上とともに、ヒートパイプ２１をトップヒートで用いることも無重力状態で用いることも可能になる（特許文献１）。図５で９は銅、アルミなどからなる金属ブロック、６は放熱フィンである。
【０００３】
前記従来のヒートパイプは、吸熱部が金属管の側面に位置しているため、コンサートホールの高い天井に取付けられたＬＥＤ、電子機器に内蔵された半導体チップなどに熱的に接続するのがスペース的に困難な場合が多く、特に半導体チップ、光モジュール、ＬＥＤなどの発熱部品がホール状空間の底部に位置するような場合は殊更であった。
【０００４】
【特許文献１】特許第２６７７８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、狭い空間に位置する発熱部品を冷却するのに適したヒートパイプの製造方法、前記製造方法により製造されたヒートパイプ、前記ヒートパイプが用いられた放熱器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載発明は、金属管の少なくとも一端部を吸熱部とするヒートパイプの製造方法において、前記金属管の吸熱部となる端部を縮径し、前記縮径部を溶融し凝固させて閉塞し、前記閉塞部の先端部分を除去して金属管の軸方向に対して略直角な平坦面（外面）を形成し、少なくとも前記平坦面部分の内面にウイックまたはグルーブを設けることを特徴とするヒートパイプの製造方法である。
【０００７】
請求項２記載発明は、前記金属管の吸熱部となる端部をスピニング加工により縮径することを特徴とする請求項１記載のヒートパイプの製造方法である。
【０００８】
請求項３記載発明は、前記金属管の縮径部を放電加熱またはプラズマ加熱により溶融することを特徴とする請求項１または２記載のヒートパイプの製造方法である。
【０００９】
請求項４記載発明は、前記金属管の平坦面を切削または研削して平滑面に加工することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒートパイプの製造方法である。
【００１０】
請求項５記載発明は、請求項１乃至４のいずれかにより製造されたヒートパイプであって、前記ヒートパイプを構成する金属管の吸熱部となる端部の平坦面に発熱体が熱的に接続されることを特徴とするヒートパイプである。
【００１１】
請求項６記載発明は、前記ヒートパイプの放熱部が縮径されており、前記縮径された放熱部に放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項５記載のヒートパイプである。
【００１２】
請求項７記載発明は、請求項６記載のヒートパイプの複数が、その吸熱部側面を相互に密着または近接させて配列されていることを特徴とする放熱器である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のヒートパイプの製造方法は、金属管の吸熱部となる端部を縮径し、前記縮径部を溶融し凝固させて閉塞し、前記閉塞部の先端部分を除去して金属管の軸方向に対して略直角な平坦面（外面）を形成し、少なくとも前記平坦面部分の内面にウイックまたはグルーブを設ける製造方法で、従来技術を用いて容易にかつ安価に製造できる。
【００１４】
前記金属管の吸熱部側端部の縮径はスピニング加工により、前記縮径部の溶融凝固は放電加熱またはプラズマ加熱により、確実かつ容易に行える。
【００１５】
前記金属管の吸熱部側平坦面は切削加工または研削加工して平滑面とすることにより発熱体との熱的接続性が向上する。
【００１６】
本発明で製造したヒートパイプは、金属管の吸熱部側端部の平坦面が吸熱面となるので、ホール状空間の底部などに位置する発熱体を容易に冷却できる。また金属管の放熱部を縮径し、そこに放熱フィンを設けることにより省スペースで放熱性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の放熱器は、前記ヒートパイプの複数を、その吸熱部を相互に密着または近接して並列させたもので、放熱器がコンパクト化し、狭い空間での使用に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のヒートパイプの製造方法を図１（イ）〜（ホ）を参照して具体的に説明する。
金属管１の吸熱部となる端部を縮径し（図１（イ））、縮径部１ａを溶融し凝固させて閉塞し（図１（ロ））、閉塞部１ｂの所定箇所を金属管１の軸方向に対して略直角に切断して先端を除去するとともに平坦面１ｃを形成し（図１（ハ））、平坦面部分１ｄの内面１ｅおよび金属管１の側壁内面１ｆにウイック２を設け、金属管１の放熱部側端部１ｇから作動液を注入し（図１（ニ））、次いで放熱部側端部１ｇを真空封止してヒートパイプ３とする（図１（ホ））。
【００１９】
本発明において、前記縮径加工は、スエージング加工など任意の方法により行えるが、スピニング加工が簡便で推奨される。
【００２０】
本発明において、前記縮径部の溶融はプラズマ加熱法、放電加熱法（ＴＩＧ溶接法）、バーナー加熱法など任意の方法で行えるが、プラズマ加熱法が簡便で推奨される。
【００２１】
本発明において、前記溶融凝固後の閉塞部の先端部分は、鋸切断、ガス切断、グラインダー加工など任意の方法で除去できる。除去長さは平坦面部分１ｄの肉厚ｔが側壁の肉厚ｕ（図１（ハ）参照）と同等になる程度が望ましい。
【００２２】
本発明のヒートパイプの実施形態を図２、３を参照して説明する。
図２（イ）に示すヒートパイプ３は、金属管１の平坦面部分１ｄの外面がヒートパイプ３（金属管１）の軸方向に略直角にかつ平坦に形成されているので、この平坦面（外面）１ｃと発熱体（図示せず）間の熱的接続が良好になされる。また金属管１の平坦面部分１ｄの内面１ｅおよび金属管１側壁内面１ｆにウイック２を設けたので、作動液が平坦面部分１ｄの内面１ｅに迅速に還流する。従って本発明ヒートパイプ３（金属管１）の平坦面１ｃは吸熱性に優れる。
因みに、従来のヒートパイプは、図６に示したように吸熱部２３の端部外面２３ａが平坦でなく、しかも吸熱部２３の端部内面２３ｂにウイック或いはグルーブが設けられていないため吸熱性が劣る。
【００２３】
図２（ロ）に示すヒートパイプ３は金属管１の平坦面部分１ｄの内面１ｅに設けられたウイック２表面を四角錘状に形成したもの、図２（ハ）に示すヒートパイプ３は前記ウイック２表面に溝を設けたもので、いずれも内面１ｅに設けられたウイック２の表面積が大きいため作動液の蒸発が促進し吸熱性が優れる。
【００２４】
図３（イ）に示すヒートパイプ３は、放熱部５を縮径して、その外径を吸熱部４の外径より小さくしたもので、複数のヒートパイプ３を吸熱部４で密着させても放熱部５周囲に空間が存在し放熱性に優れる。図３（ロ）に示すように放熱部５に放熱フィン６を取付けることにより放熱性が向上する。放熱フィン６の外径を吸熱部４の外径以下にすることによりヒートパイプ３を、その吸熱部４を密着させて並列させることができ、省スペースが図れる。
【００２５】
本発明のヒートパイプを用いた発熱体の冷却構造の例を図４、５を参照して説明する。
図４（イ）に示す冷却構造は、本発明ヒートパイプ３を構成する金属管１の吸熱部４側端部の平坦面１ｃに発熱体８を熱的に接続したものである。
【００２６】
図４（ロ）に示す冷却構造は、本発明ヒートパイプ３を構成する金属管１の吸熱部４側端部の平坦面１ｃに発熱体８を金属ブロック９を介して熱的に接続したものである。こうすることにより、平坦面１ｃと発熱体８との間の如何なる間隔にも金属ブロック９の長さを調節することにより容易に対応できる。
【００２７】
図４（ハ）に示す冷却構造は、金属ブロック９をヒートパイプ３の端部に設けた取付け部材１０に螺合により取付けたもので金属ブロック９の着脱が容易に行える。
図４（ハ）で１１は平坦面１ｃと金属ブロック９間の伝熱性を高めるための熱伝導性シリコングリースである。１２は伝熱面積を大きくするための突起部である。
【００２８】
図５は本発明の放熱器７を用いた発熱体８の冷却構造の例である。
放熱部５の外径が吸熱部４の外径より小さい3本のヒートパイプ３を、その吸熱部４を相互に密着させて配置し、前記３本のヒートパイプ３を構成する各金属管１の吸熱部４側端部の平坦面１ｃに発熱体８をそれぞれ熱的に接続したものである。このヒートパイプ３は放熱部５周囲に隙間が空き、かつ放熱部５に放熱フィン６が取付けられているので放熱性が極めて優れる。ヒートパイプ３の本数は発熱体８の大きさや個数に応じて選定する。
【００２９】
本発明において、ヒートパイプを構成する金属管には銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００など）、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系など）など熱伝導性に優れる任意の金属材料が用いられ、パイプの断面形状は円形、多角形、偏平形など任意である。
【００３０】
本発明において、作動液には、水、ヘリウム、メタン、アンモニア、アセトン、ナフタレン、ナトリウム、銀などが作動温度などを考慮して選択使用される。
【００３１】
ウイックには、金属多孔焼結体、金網、メタルウール、ガラス繊維、セラミック繊維など毛管現象を生じるものが用いられる。グルーブの断面形状は長方形、台形、三角形など任意であり、グルーブの長さ方向の形状は、軸方向に平行でも、螺旋状でも良い。
ウイック表面の凹凸形状は、三角錐、四角錐、円錐、溝形状、多数の突起物など表面積が増加する形状であれば任意である。
【００３２】
ヒートパイプの放熱部外面と発熱体間、前記放熱部外面と金属ブロック間、金属ブロックと発熱体間の各熱的接続は半田や接着剤などによる接合の他、ねじ締め、カシメなどの機械的接合法が適用できる。接続面間に伝熱性グリースなどを充満させておくと、接続面間の熱伝導性が向上し、さらに発熱体の接続面が非平坦な場合も良好な熱的接続を実現できる。
【実施例１】
【００３３】
外径８ｍｍ、肉厚０．４ｍｍの銅管（ＪＩＳ  Ｃ１０２０）の吸熱部側端部をスピニング加工により外径８ｍｍから６ｍｍまで長さ９ｍｍに渡りテーパー状に縮径し、前記縮径部をＴＩＧ溶接熱で溶融し、凝固させて閉塞し、前記閉塞部の所定箇所を銅管の軸方向に対して直角にかつ平坦に鋸切断し、切断面を切削加工して平滑面に仕上げた。次いで前記金属管の平坦面部分の内面にウイック（多孔質体）を銅粉を高温焼結することにより設け、前記金属管の他端部から水を注入した後、前記端部を真空封止してヒートパイプを製造した。
このヒートパイプの吸熱部側端部の平坦面を電子機器内のホール状空間底部に位置するＬＥＤに熱的に接続して、ＬＥＤの冷却状況を調べた。
【実施例２】
【００３４】
前記金属管の平坦面部分の内面および側壁内面全体にウイック（多孔質体）を設けた他は実施例１と同じ方法によりヒートパイプ（図２（イ）参照）を製造し、実施例１と同じ方法によりＬＥＤの冷却状況を調べた。
【実施例３】
【００３５】
前記金属管の放熱部側を外形６ｍｍに縮径し、そこに外径８ｍｍの放熱フインを同心状に取り付けた他は実施例２と同じ方法によりヒートパイプを製造し、実施例２と同じ方法によりＬＥＤの冷却状況を調べた。
【実施例４】
【００３６】
実施例３で製造した３本のヒートパイプを、その吸熱部側面を相互に密着させて配列して放熱器を作製し、各ヒートパイプの吸熱部側端部の平坦面にそれぞれＬＥＤを熱的に接続して（図３参照）、実施例３と同じ方法によりＬＥＤの冷却状況を調べた。
【００３７】
実施例１〜４においてＬＥＤはいずれも規定温度以下に良好に冷却された。特にウイックを銅管の側壁内面にも設け、かつ放熱部に放熱フィンを設けた実施例３、４は冷却能が最も優れた。次いでウイックを銅管の側壁内面にも設けた実施例２が優れた。
【実施例５】
【００３８】
金属管の平坦面部分の内面にウイックを凹凸状に設けた（図２（ロ）、（ハ）参照）他は実施例２と同じ方法によりヒートパイプを製造し、実施例２と同じ方法によりＬＥＤの冷却状況を調べた。その結果、ウイックを凹凸状に設けることにより冷却温度が５〜８％増加することが認められた。これはウイックの表面積が増大して作動液（水）の蒸発が促進したためである。
【００３９】
以上、ヒートパイプが棒状（直線状）の場合について説明したが、本発明は、ヒートパイプがＵ字状で両端部が吸熱部となり、中央部が放熱部となる場合などでも同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】（イ）〜（ホ）は本発明ヒートパイプの製造方法の実施形態を示す工程説明図である。
【図２】（イ）〜（ハ）は本発明ヒートパイプのそれぞれ第１、２、３実施形態を示す側面説明図である。
【図３】（イ）、（ロ）は本発明のヒートパイプのそれぞれ第４、５実施形態を示す側面説明図である。
【図４】（イ）〜（ハ）は本発明のヒートパイプを用いた冷却構造のそれぞれ第１、２、３実施形態を示す側面説明図である。
【図５】本発明の放熱器の実施形態を示す側面説明図である。
【図６】従来のヒートパイプの側面説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    金属管
１ａ  金属管の吸熱部側端部の縮径部
１ｂ  金属管の吸熱部側端部の閉塞部
１ｃ  金属管の吸熱部側端部の平坦面（外面）
１ｄ  金属管の平坦面部分
１ｅ  金属管の平坦面部分の内面
１ｆ  金属管の側壁内面
１ｇ  金属管の放熱部側端部
２    ウイック
３    ヒートパイプ
４    ヒートパイプの吸熱部
５    ヒートパイプの放熱部
６    放熱フィン
７    放熱器
８    発熱体
９    金属ブロック
１０  金属ブロックを取付ける部材
１１  伝熱性グリース
１２  突起部
２１  従来のヒートパイプ
２２  金属管
２３  従来のヒートパイプの吸熱部
２３ａ従来のヒートパイプの吸熱部の端部外面
２３ｂ従来のヒートパイプの吸熱部の端部内面
２４  従来のヒートパイプの放熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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